第四章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理,學(xué)習(xí)目的與要求,（1）了解機(jī)床夾具的組成、作用及其對(duì)零件加工的重要性 （2）掌握對(duì)工件定位的概念、原理、要求及定位誤差的概念 （3）掌握各種不同定位方式定位誤差的計(jì)算 （4）熟悉對(duì)工件夾緊的目的、要求和夾緊機(jī)構(gòu) （5）熟悉各種機(jī)床上使用的夾具特點(diǎn) （6）初步掌握夾具設(shè)計(jì)的方法、要點(diǎn)和步驟,主要內(nèi)容,第4章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理 4.1 機(jī)床夾具的概述 4.2 工件的定位 4.3 典型的定位方式、定位元件及定位裝置 4.4 定位誤差 4.5 工件的夾緊 4.6 夾緊機(jī)構(gòu) 4.7 夾具的動(dòng)力裝置 4.8 夾具的其它裝置 4.9 夾具設(shè)計(jì)的方法及步驟 思考與練習(xí)：,一、機(jī)床夾具的定義 廣義 機(jī)床夾具 輔助將刀具在機(jī)床上進(jìn)行定位、夾緊的裝置。 二、工件的安裝 定義 內(nèi)容： 方式：,4-1 夾具的基本概念,三、夾具的組成,1、夾具的組成 定位元件及定位裝置 夾緊元件及夾緊裝置 導(dǎo)向元件或?qū)Φ堆b置 動(dòng)力裝置 夾具體 其它元件與裝置 2、夾具的工作原理要點(diǎn) 使工件占有正確的加工位置 保證夾具定位工作面相對(duì)機(jī)床切削運(yùn)動(dòng)形成表面的準(zhǔn)確幾何位置，滿足加工面對(duì)定位基準(zhǔn)的相互位置精度要求 保證加工面對(duì)定位基準(zhǔn)的位置尺寸,機(jī)床夾具和機(jī)床、刀具、工件之間關(guān)系圖,四、夾具的作用 （1）保證加工精度 （2）提高生產(chǎn)率 （3）減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度 （4）擴(kuò)大機(jī)床使用范圍 （5）降低生產(chǎn)成本 （6）可由較低技術(shù)等級(jí)的工人加工,五、夾具分類 1、按專業(yè)化程度 通用夾具 專用夾具 成組夾具 組合夾具 隨行夾具 2、按機(jī)床種類 車床夾具 磨床夾具 鉆床夾具(鉆模) 鏜床夾具(鏜模) 銑床夾具 3、按動(dòng)力源 手動(dòng)、氣動(dòng)、液壓、氣液、電動(dòng)、電磁、真空、 自緊(切削力),4-2工件的定位,一、定位與基準(zhǔn) 定位：工件在夾具中占有正確的位置 夾緊：固定工件的位置 定位基準(zhǔn)：確定工件安裝時(shí)所用的基準(zhǔn),二、定位原理 自由度：一個(gè)物體在空間中可能具有的運(yùn)動(dòng) 剛體有六個(gè)自由度： 定位條件：采取各種約束措施來(lái)消除六個(gè)自由度 六點(diǎn)定位原理：,平面 1、2、3： 圓柱面 5、6 ： 槽 4 ：,圓盤類零件,軸類零件,圓柱面 1、3、4、5： 槽 2： 端 6：,定位銷定位：,六點(diǎn) 定位原理,采用六個(gè)按一定規(guī)則布置的約束點(diǎn)，限制工件的六個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)完全定位,常見(jiàn)定位元件分析,V型鐵定位： 錐銷定位： 頂尖定位：,三、定位的正常情況與非正常情況,需限制5個(gè)自由度,需限制6個(gè)自由度,超定位的幾個(gè)例子,平面定位： 四個(gè)支撐釘三個(gè),平面長(zhǎng)銷 平面3個(gè)；長(zhǎng)銷4個(gè),改進(jìn)措施,長(zhǎng)銷與小端面,短銷與大端面,長(zhǎng)銷與浮動(dòng)端面墊,一面兩銷 兩個(gè)短銷均限制了 將其中一銷改為削邊銷,過(guò)定位益處,增加穩(wěn)定性 增加剛性,具體情況具體分析：,該限制的沒(méi)有限制欠定位，不允許；限制自由度小于六時(shí)，是欠定位或不完全定位 一個(gè)自由度被多個(gè)定位元件限制超定位，一般不允許 工件定位面精度、夾具定位元件精度較高允許過(guò)定位提高剛度 工件剛度低，過(guò)定位提高剛度 根據(jù)加工要求確定定位 欠定位和過(guò)定位可能同時(shí)存在,5-3 典型的定位方式、定位元件及定位裝置,一、定位元件的要求 有與工件相應(yīng)的精度； 有足夠的剛度； 有足夠的耐磨性。 二、常見(jiàn)的定位方式及定位元件 平面定位、外圓定位、內(nèi)孔定位、復(fù)合定位 1、平面定位 應(yīng)用場(chǎng)合：箱體、床身、機(jī)座、支架等 定位元件：支承釘及支承板、可調(diào)支承與自位支承、輔助支承,支承釘與支承板 精基準(zhǔn)： 支承釘或支承板 粗基準(zhǔn)： 三個(gè)支承釘 可調(diào)支承 用于未加工過(guò)的面（粗基準(zhǔn)）,自位支承 輔助支承 避免粗基準(zhǔn)的超定位 增加工件剛性,輔助支承,2、圓孔定位 定位銷：主用于中心孔定位，一般d50mm 錐銷,心軸： A、剛性心軸,間隙配合，定心低,過(guò)盈配合，定心高,B、錐度心軸 常用錐度：1:10001:5000 工件緊，定心高，不用夾緊 C、彈性心軸： 定心精度高，裝卸方便,液性塑料心軸,D、定心心軸：用于粗基準(zhǔn)或孔徑大時(shí),孔定位,3、外圓定位 套筒 自動(dòng)定心定位：卡盤及卡頭,支承 V型鐵定位 分類： 特點(diǎn)：對(duì)中性好 應(yīng)用：外圓柱面定位；任意曲線柱面的定位；與其他定位元件組合使用；超定位時(shí)，可做成浮動(dòng)形式,平支承,兩個(gè)平支承,半圓支承,4、圓錐孔定位 用錐軸限5個(gè)自由度，特例是頂尖（死頂尖和浮動(dòng)頂尖） 5、復(fù)合定位一個(gè)平面和兩個(gè)與平面垂直的孔組合；一個(gè)平面和一個(gè)與其垂直的孔組合 （1）一個(gè)平面和兩個(gè)與其垂直的孔 A 、采用兩個(gè)圓柱銷和一個(gè)平面的情況 使工件兩個(gè)孔中一個(gè)準(zhǔn)確定位，兩孔中心距誤差和兩銷中心距誤差由另一個(gè)定位銷來(lái)補(bǔ)償,設(shè)孔1和銷1準(zhǔn)確定位，兩者最小間隙1 ，要將孔2套入定位銷2，而兩個(gè)中心距又有誤差，則只能將定位銷2減小。從圖中可以看出，當(dāng)兩孔中心距最大兩銷中心距最小或反之,L-Lx,L+Lx,2為孔2與銷2的最小間隙，這樣d2較小，從而定位的角度小誤差很大。 兩孔中心誤差和兩銷的中心誤差由兩個(gè)定位銷來(lái)補(bǔ)償： 將兩個(gè)銷直徑減小，這樣在中心連線方向定位精度降低，另外也不能減小角度誤差，因此很少采用。,B、用削邊銷來(lái)補(bǔ)償兩孔中心距和兩銷中心距的誤差 削邊銷的出現(xiàn) 設(shè)兩孔中心距最大，兩銷中心距最小,如把定位銷2削成寬為b的扁銷，即可補(bǔ)償兩個(gè)中心距誤差使工件順利裝入。根據(jù)幾何關(guān)系得（兩三角形）,略去高階小量,當(dāng)兩孔中心距最小，兩銷中心距最大時(shí)，結(jié)果相同。,削邊銷結(jié)構(gòu),已標(biāo)準(zhǔn)化,扁銷 剛性差,凸肚銷 制造復(fù)雜,菱形銷,C 、削邊銷（菱形）設(shè)計(jì) 已知：兩銷孔公稱尺寸及公差，兩孔中心距公稱尺寸及公差 求：兩銷公稱尺寸 削邊銷寬度及銷公差，兩銷孔中心距及公差 例：已知工件兩孔為 兩孔中心距為,解：公差為 對(duì)稱分布,確定圓柱銷的直徑及公差 圓柱銷1的為 最小間隙,確定菱形銷2的直徑公稱尺寸、公差及寬度 先根據(jù)D2值查表選b（P204 表4.1），b=4 根據(jù)b求2 則由最小間隙,得， 選銷與孔為H/g，H/f，一般為g6，公差為 公差值為0.011 所以，取d2=12，則,（2）一個(gè)平面和一個(gè)與其垂直的孔組合 A、大平面、短銷 B、大平面、長(zhǎng)銷 （3）兩個(gè)互相垂直的平面和一個(gè)與其中一個(gè)面垂直的孔組合 6、其它定位方式 一些特殊的如齒輪淬火后磨內(nèi)孔齒余量均勻,齒面定位,5-4 定位誤差,一、與夾具有關(guān)的誤差： 1、定位誤差定 2、夾緊誤差?yuàn)A緊 3、導(dǎo)向誤差導(dǎo) 4、夾具安裝誤差?yuàn)A具安 5、夾具制造誤差?yuàn)A具,對(duì)正安裝誤差az,az過(guò)程誤差,dw+az+gc= 各取1/3,二、定位誤差的分析,定位誤差是否滿足要求，與分布有關(guān)，也與標(biāo)準(zhǔn)值（調(diào)整值有關(guān)）,誤差分布范圍,下限,上限,標(biāo)準(zhǔn)（調(diào)整時(shí)）,三、常見(jiàn)定位形式的定位誤差 1、用支承或平面作定位元件 平面定位 要求尺寸： A1 則由基準(zhǔn)不重合引起的定位誤差定=A2,A2A2/2,支承定位平面 要求尺寸：A3 基準(zhǔn)重合，但工件定位面不準(zhǔn)，有基準(zhǔn)位移引起定位誤差定=(H-h)tg()， =90,若要求A1 則即有基準(zhǔn)位移引起，又有定位基準(zhǔn)不重合 定=(H-h)tg()+A2,支承定位外圓表面 對(duì)H1: 定=D/2(不重合) 對(duì)H2: 定=0 對(duì)A: 定=D/2(不重合),2、用定位銷、心軸定位內(nèi)圓表面和用套筒定位外圓表面 (1)中心偏移銷或套筒垂直放置 如圖，x、y兩個(gè)方向定位誤差,當(dāng)定位銷或套筒水平放置，由于重力等作用，高點(diǎn)接觸 定位誤差：,銷小孔大,銷大孔小,中心偏轉(zhuǎn),3、錐心軸定位 當(dāng)工件孔有孔徑誤差 時(shí)， 基準(zhǔn)位移誤差： 孔直徑公差 錐角 當(dāng)心軸有直徑誤差時(shí),公差,位移誤差 對(duì)銷1來(lái)說(shuō)最小間隙 各個(gè)方向 孔徑公差 銷徑公差 最小間隙,對(duì)銷2來(lái)說(shuō)，由于不限x方向自由度，即由銷1決定。 y方向：,轉(zhuǎn)角：,轉(zhuǎn)角為,一般轉(zhuǎn)角：可取,4、V形鐵定位 下母線為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（如鍵槽等） 此時(shí)由于基準(zhǔn)不重合（QA、C）產(chǎn)生基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。設(shè)調(diào)整是按標(biāo)準(zhǔn)工件調(diào)整，工件直徑為d，現(xiàn)工件直徑為d +，則產(chǎn)生的定位誤差為,其中,帶入直徑公差誤差分布范圍,中心線為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)(如端鍵槽) 此時(shí)定位誤差,=120，60，90,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為上母線 此時(shí)定位誤差,=120，90，60,K3 K2 K1,注意,5-5 工件的夾緊,一、夾緊機(jī)構(gòu)的組成 1、夾緊元件 2、動(dòng)力裝置 3、中間傳力機(jī)構(gòu) 二、夾緊機(jī)構(gòu)的基本要求與設(shè)計(jì)原則 1、夾緊必須保證定位而不能破壞定位 主要夾緊力垂直于裝置基面,夾緊元件不應(yīng)破壞工件定位,2、工件和夾具的夾緊變形必須在允許范圍內(nèi) 夾緊力作用在工件剛性較好的方向上 夾緊力的著力點(diǎn)和支承點(diǎn)盡可能靠近切削力作用點(diǎn),夾緊力的反作用力不應(yīng)使夾具產(chǎn)生影響加工精度的變形 夾緊力大小要適當(dāng),3、夾緊機(jī)構(gòu)必須可靠 夾緊元件本身有足夠的剛度和強(qiáng)度 手動(dòng)夾緊的自鎖性能可靠 夾緊機(jī)構(gòu)有足夠的夾緊行程 4、夾緊機(jī)構(gòu)的操作安全、省力、方便、迅速 5、夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度與生產(chǎn)規(guī)模及工廠的財(cái)力、物力相適應(yīng),三、夾緊力的確定 夾緊力大小、方向和作用點(diǎn) 1、夾緊力的方向 保證定位準(zhǔn)確可靠，一般垂直于主要定位基準(zhǔn)面 應(yīng)使所需夾緊力盡可能小 應(yīng)使工件變形小 2、夾緊力的作用點(diǎn) 保持工件穩(wěn)定定位 使工件夾緊變形盡可能小 盡可能靠近工件被加工表面,三要素,輔助支承,3、夾緊力大小的選擇 夾緊力大小應(yīng)適當(dāng) 確定方法： 類比法計(jì)算分析法,加工過(guò)程中，切削力變化時(shí)，按最不利的情況考慮,開(kāi)始，繞0點(diǎn)翻轉(zhuǎn)，摩擦力矩,5-6 夾緊機(jī)構(gòu),一、斜楔夾緊機(jī)構(gòu),1、夾緊力計(jì)算 即 又,2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 斜楔具有自鎖性,一般 約6， 手動(dòng)可靠 氣動(dòng)、液壓時(shí)，可大些，1530。,具有改變壓力方向的特點(diǎn) 具有增力作用 增力系數(shù) 3左右 夾緊行程小，行程h，移動(dòng)S 行程小 自鎖差 3、適用范圍 小型鉆床、銑床；與其他裝置組合使用,二、螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 1、結(jié)構(gòu)形式,三、偏心夾緊機(jī)構(gòu),四、鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu) 增力機(jī)構(gòu)，常與氣缸、油缸聯(lián)動(dòng)以擴(kuò)大夾緊 力，動(dòng)作迅速，容易改變力的傳遞方向壓板張 開(kāi)量大；但自鎖性能差,特點(diǎn),五、定心夾緊機(jī)構(gòu) 三爪卡墊、彈性?shī)A頭等 六、聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu) 1、常見(jiàn)的聯(lián)動(dòng)夾緊方式 多點(diǎn)夾緊聯(lián)動(dòng) 多件夾緊聯(lián)動(dòng) 彎軸瓦分型面 先定位后夾緊聯(lián)動(dòng) 夾緊與其他動(dòng)作聯(lián)動(dòng) 如夾緊與鎖緊輔助支承聯(lián)動(dòng),2、設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 仔細(xì)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和受力分析，以確保實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖； 設(shè)計(jì)必要的浮動(dòng)環(huán)節(jié)及浮動(dòng)程度，以保證夾緊均衡、運(yùn)動(dòng)不發(fā)生干涉； 保證所有壓板都能松夾，以便裝卸工件； 注意剛性，以免剛性不足而夾不緊； 避免過(guò)于復(fù)雜，否則會(huì)降低可靠性，制造困難。,4-7 夾具的動(dòng)力裝置,一、動(dòng)力裝置的作用 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，保證安全生產(chǎn) 常用動(dòng)力裝置： 氣壓、液壓、氣液聯(lián)合、電動(dòng)、電磁、真空等 二、氣壓夾緊采用壓縮空氣,氣動(dòng)夾緊及其輔助裝置系統(tǒng)圖,固定式氣缸,回轉(zhuǎn)式氣缸,三、液壓夾緊 1、液壓的壓力較高，油缸小，布局方便，不需增力機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 2、夾緊剛度大，夾緊可靠，動(dòng)作比較平穩(wěn)； 3、在液壓機(jī)床上實(shí)現(xiàn)比較方便，否則需增設(shè)油泵站，提供高壓油，因此成本高； 4、沒(méi)有排氣噪聲，但油泵工作時(shí)的噪聲也很大，另外漏油不易處理，污染環(huán)境。,特點(diǎn) (與氣壓比),四、氣液聯(lián)合夾緊 利用氣壓來(lái)源方便和液壓工作油缸體積小的特點(diǎn)，其能量來(lái)源是壓縮空氣，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是油缸。,增壓器,五、電動(dòng)夾緊 多由電動(dòng)機(jī)、減速裝置和螺旋副傳動(dòng)等組成 六、電磁夾緊平磨 感應(yīng)線圈隔離板工件 導(dǎo)磁材料 磁化 七、真空夾緊,車床用電磁卡盤,4-8 夾具的其它裝置,一、孔加工時(shí)的導(dǎo)向裝置 1、鉆孔導(dǎo)向鉆套 （1）鉆套的類型(根據(jù)結(jié)構(gòu))： 固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套、特殊鉆套,固定式 (有肩和無(wú)肩) 配合： 特點(diǎn)：位置精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磨損后不易換，不能鉆擴(kuò)鉸 應(yīng)用： 用于單件、小批及孔距小的地方。 可換鉆套 配合：鉆套與襯套間 ，襯套與孔間 特點(diǎn)：操作方便，螺釘可防止鉆套松動(dòng)和被頂出 應(yīng)用：大批量生產(chǎn)，但不宜用于連續(xù)更換刀具的場(chǎng)合,快換鉆套 用于鉆擴(kuò)鉸(攻絲) 特殊鉆套,（2）鉆套的尺寸和公差 內(nèi)徑D 其基本尺寸由所用刀具的外徑確定，對(duì)于鉆擴(kuò)鉸刀等標(biāo)準(zhǔn)定尺寸刀具，按基軸制選用的動(dòng)配合F7或G6 鉆套高H 對(duì)于一般孔距精度 H=(1.52)d 對(duì)于孔距（平行度）要求高的 H=(2.53.5)d 鉆套與工件距離h 留有空間排屑； 加工鑄鐵 h=(0.30.7)d； 加工鋼 h=(0.71.5)d； 孔的位置高，可取h=0 斷屑好 h，不好 h,應(yīng)用： 桿套緊； 套襯用,（3）鉆模舉例 固定式與移動(dòng)式鉆模 翻轉(zhuǎn)式或回轉(zhuǎn)式鉆模 當(dāng)工件上有幾個(gè)方向不同孔時(shí)，可用一個(gè)鉆模在一次安裝中進(jìn)行加工。這種鉆模能獲得所需的幾個(gè)方向加工位置。 翻轉(zhuǎn)式鉆模：整個(gè)夾具和工件一起翻轉(zhuǎn) 回轉(zhuǎn)式鉆模分度機(jī)構(gòu),2、鏜孔的導(dǎo)向鏜套 （1）鏜套結(jié)構(gòu)類型 固定式鏜套不與鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng),外形尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，中心位置準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速高時(shí)出現(xiàn)“咬死”，不超過(guò)20轉(zhuǎn)/分,回轉(zhuǎn)式鏜套 外滾式回轉(zhuǎn)鏜套：將回轉(zhuǎn)部分裝在夾具上，鏜桿和導(dǎo)套之間只有相對(duì)移動(dòng)，而無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng) 內(nèi)滾式回轉(zhuǎn)鏜套：將回轉(zhuǎn)部分裝在鏜桿上 （2）鏜刀通過(guò)問(wèn)題 很多情況刀大于鏜套內(nèi)徑,（3）鏜套的尺寸和公差 鏜套的基本尺寸由鏜桿的導(dǎo)向部分的外徑來(lái)決定。配合用 、 ，后者用于精加工。 內(nèi)滾式，滑動(dòng)套 h6、h5,二、對(duì)刀裝置,銑床對(duì)刀裝置,三、分度裝置,斜面分度裝置,四、夾具在機(jī)床上的定位,為保證夾具相對(duì)于切削運(yùn)動(dòng)有準(zhǔn)確方向，在夾具體底面往往安裝兩個(gè)定向鍵或銷,夾具在回轉(zhuǎn)主軸上的安裝，取決于所使用的機(jī)床主軸的端部結(jié)構(gòu),5-9 夾具設(shè)計(jì)的方法及步驟,一、設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備 1、生產(chǎn)綱領(lǐng) N 氣動(dòng)或機(jī)動(dòng)夾具 N 手動(dòng) 簡(jiǎn)單 2、零件圖及工序圖 零件圖尺寸、形狀和位置精度要求 工序圖工序尺寸、基準(zhǔn)等 加工表面 3、工序內(nèi)容 主要指該工序所用機(jī)床、刀具、切削用量、工步安排、時(shí)間定額、裝夾工件數(shù)目等,工序內(nèi)容：鉆鉸6兩孔，鉆8孔 精度要求：6兩孔級(jí)，表面粗糙度3.2 ，位置度0.1；8孔自由，表面粗糙度12.5 已加工表面有：12H7孔、15H7孔、45f7外圓、兩端面及18孔,二、夾具的總體方案的確定 1、定位方案 一面兩銷 長(zhǎng)銷、削邊銷、小止推面裝卸不便，鉆工時(shí)干涉、復(fù)雜、排屑 端面、削邊銷、定心套基準(zhǔn)不重合,2、夾緊方案 螺釘墊圈夾緊優(yōu)點(diǎn)：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便， 缺點(diǎn)：裝卸工件不便，費(fèi)時(shí) 勾形壓板裝卸方便，但需要擰兩個(gè)螺母，費(fèi)時(shí)；聯(lián)動(dòng)則復(fù)雜 鉸鏈壓板簡(jiǎn)單方便,3、夾具形式 翻轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)式 三、夾具裝配草圖 工件定位元件導(dǎo)向元件夾緊機(jī)構(gòu)夾具體 足夠的剛度減少變形，必要時(shí)用加強(qiáng)筋 形狀簡(jiǎn)單避免加工困難 良好的工藝性 操作方便，容易排屑,繪制夾具體應(yīng)注意,四、夾具的精度驗(yàn)算,無(wú)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換,五、繪制夾具的裝配圖及零件圖 1、輪廓尺寸，即夾具的長(zhǎng)寬高尺寸 2、配合尺寸及種類 3、聯(lián)系尺寸及偏差，一般按工件相應(yīng)公差的 選取,